劉 波， 李鴻程

(1.中鋁昆明銅業(yè)有限公司， 云南 昆明 650502； 2.云南銅業(yè)股份有限公司冶煉加工總廠， 云南 昆明 650102)

銅電解永久不銹鋼陰極板校平

劉 波1， 李鴻程2

(1.中鋁昆明銅業(yè)有限公司， 云南 昆明 650502； 2.云南銅業(yè)股份有限公司冶煉加工總廠， 云南 昆明 650102)

分析了永久不銹鋼陰極板在銅電解生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生變形的原因及造成的影響，敘述了極板多輥校平的方式、效果以及輥式校壓后特殊情況的處理。

銅電解； 永久不銹鋼陰極； 變形； 輥式校平

0 前言

永久陰極銅電解技術(shù)使用剛度和韌性較好的不銹鋼板作為陰極取代傳統(tǒng)的始極片，省去了生產(chǎn)始極片的種板電解系統(tǒng)及陰極制作工序，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，提高了生產(chǎn)效率。不銹鋼陰極具有可重復(fù)使用、平直度好、垂懸度好等特點(diǎn)，不銹鋼表面有一層永久性、很薄的氧化膜層，可以很好地解決沉積銅的粘附性和剝離性之間的矛盾，即沉積的電解銅不會(huì)從陰極上掉落于電解槽內(nèi)，又可以容易地從陰極上剝離下來(lái)。

不銹鋼陰極板在使用過(guò)程中由于各種原因產(chǎn)生的彎曲變形會(huì)對(duì)銅電解造成影響，變形達(dá)到一定程度時(shí)必須進(jìn)行校平。目前，國(guó)內(nèi)外很多銅電解生產(chǎn)企業(yè)采用永久陰極銅電解技術(shù)，變形的不銹鋼陰極板數(shù)量大，其多采用手工校平，效率、效果不佳，且容易產(chǎn)生新的變形，難于達(dá)到理想的生產(chǎn)狀況。機(jī)械校平多采用輥式校平，技術(shù)成熟可靠，不銹鋼陰極采用輥式校平處理，由于每塊陰極板變形程度差異大以及自身的結(jié)構(gòu)特征，校平難度大。采用多輥校平時(shí)，具體操作方法不盡相同，校平工序、效果存在較大差別。另外，輥式校平后，極板還需經(jīng)過(guò)特殊處理，才能更好地滿足生產(chǎn)。

1 不銹鋼陰極板的結(jié)構(gòu)特征

1.1 極板結(jié)構(gòu)

不銹鋼陰極板主要由導(dǎo)電棒、不銹鋼母板、絕緣邊條組成，如圖1。

圖1 不銹鋼陰極板結(jié)構(gòu)示意圖

導(dǎo)電棒：銅包鋼型導(dǎo)電棒截面一般為中空長(zhǎng)方形，兩端封閉，材料為304L不銹鋼，與槽間導(dǎo)電板接觸的底邊被加工成圓弧形，焊在陰極母板上，并鍍上銅，鍍銅層厚度為1.3～2.5 mm， 2.5 mm最佳，鍍層覆蓋全部焊縫，并延伸至陰極板面，使導(dǎo)電棒具有良好的導(dǎo)電性和延伸性。鋼包銅型導(dǎo)電棒一般由實(shí)心銅棒穿入不銹鋼管拉拔而成，銅棒兩端裸露與導(dǎo)電排接觸。

母板：考慮到耐腐蝕性、彈性、經(jīng)濟(jì)性等，母板一般采用316L不銹鋼板，厚為3.25 mm，極板底邊開(kāi)有90°的V形槽，便于陰極銅板剝離。部分廠家生產(chǎn)的極板底部要求涂蠟。

絕緣邊條(夾邊條)：陰極板兩側(cè)邊緣采用絕緣材料包裹，以防電解過(guò)程中極板兩側(cè)析出陰極銅后相互連接造成銅板無(wú)法從極板剝離，絕緣包邊多采用夾條和張緊棒形式。

1.2 極板使用要求

不銹鋼陰極板懸掛于電解槽中，底邊和導(dǎo)電棒中心線的偏差即懸垂度要滿足一定要求。為使接觸點(diǎn)壓降盡可能低，以便減少直流電耗，導(dǎo)電棒與槽間導(dǎo)電排應(yīng)呈線性接觸，陰極板底部V型槽加工質(zhì)量會(huì)影響剝片效果、剝片機(jī)組的處理能力以及陰極銅的外觀質(zhì)量。極板正常使用通常要滿足表1所列參數(shù)要求。

表1 不銹鋼陰極板基本參數(shù)要求

2 極板變形產(chǎn)生的原因及影響

2.1 極板變形產(chǎn)生的原因

(1)機(jī)組撓曲裝置分布于陰極板兩側(cè)，從兩邊使陰極板彎曲。由于陰極銅與不銹鋼板彈性模量等不一致，變形量不一致，頂部陰極銅與不銹鋼板分離，形成開(kāi)口，為將陰極銅徹底從不銹鋼板剝離創(chuàng)造條件。此過(guò)程中，如果撓曲裝置運(yùn)動(dòng)行程過(guò)大或位置調(diào)節(jié)不合理，使得不銹鋼板產(chǎn)生變形而不能回彈恢復(fù)，陰極板存在的內(nèi)應(yīng)力無(wú)法消除產(chǎn)生的變形，或者兩側(cè)受力差異大，多次操作后板面會(huì)出現(xiàn)大圓弧面彎曲。

(2)不銹鋼陰極板上的夾邊條松弛、裂開(kāi)、脫落或者極板底部V型槽損壞等，導(dǎo)致極板兩側(cè)的陰極銅牢固地相連在一起，而剝離前未被識(shí)別，剝離時(shí)陰極銅不能從陰極板順利剝離，不銹鋼板被拉彎。此類(lèi)情況一般較少，一旦發(fā)生對(duì)極板造成的損傷非常嚴(yán)重。

(3)不銹鋼陰極板在機(jī)組輸送或入槽、出槽吊裝過(guò)程中與機(jī)組、陽(yáng)極板、準(zhǔn)備架等碰撞發(fā)生變形，此類(lèi)變形無(wú)規(guī)律，而且變形量大，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)卷邊、折角。

(4)不銹鋼陰極板在電解、出裝過(guò)程中，外界溫度變化使不銹鋼陰極板內(nèi)應(yīng)力改變?cè)斐蓸O板變形，此類(lèi)情況導(dǎo)致的變形量較小。

2.2 極板變形的影響

(1)極板變形后影響起重機(jī)吊運(yùn)、機(jī)組運(yùn)行效率等，并且彼此相互影響，使變形加劇。

(2)極板變形后影響絕緣邊條的安裝，邊條無(wú)法安裝在極板上，或者邊條容易損傷、脫落，導(dǎo)致兩側(cè)陰極銅結(jié)晶相連在一起。

(3)極板變形后其平整度、懸垂度發(fā)生變化，不能滿足使用要求，導(dǎo)致陰陽(yáng)兩極之間局部極間距減小或距離不均衡，電力線疏密不一致，電流分布不均勻，導(dǎo)電棒與導(dǎo)電排接觸不良，短路增加，陽(yáng)極泥沉降受阻，槽電壓增高，從而影響陰極銅質(zhì)量、電流效率、殘極率等。

3 極板多輥校平

輥式整形校平工藝在薄板整形校平領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛，陰極板機(jī)械校平多采用多輥校平。其原理是材料經(jīng)過(guò)同一曲率的彈塑性反復(fù)彎曲回彈后，殘余曲率趨向一致，原始曲率逐漸縮小，直至達(dá)到工藝要求。多輥校平如圖2所示。

圖2 多輥校平示意圖

3.1 校平工序

由于變形極板的數(shù)量大，各塊變形程度不一，而且同一塊板不同區(qū)域的變形量差異大，很難只用一種輥徑的校平機(jī)或一道工序?qū)O板校平，需要分幾步采用不同直徑的輥?zhàn)右来翁幚泶笞冃巍⑿∽冃?。變形量特別大時(shí)，極板不能直接進(jìn)入校平機(jī)，或直接采用機(jī)械校平效果不佳，需要預(yù)先進(jìn)行人工處理。因此，極板校平的一般流程為人工預(yù)處理—粗?！！?/p>

(1)人工預(yù)處理。人工預(yù)處理首先對(duì)不銹鋼板變形程度檢查，拆掉絕緣邊條，清除板面附著的銅粒等殘雜物，處理折角、尖凹坑、卷曲或扭曲等，以使極板滿足機(jī)械校平的條件；其次，辨別極板是否需要進(jìn)行粗校，不需要粗校的可直接進(jìn)行精校，提高校平效率。

(2)粗校。粗校的主要目的是消除或減少極板較大的變形量，使極板各種變形從起初的各向異性趨于同向，滿足精校要求，以保證精校的效果。粗較輥徑較大，輥數(shù)較少，輥徑的選取與生產(chǎn)實(shí)際中極板的變形量、厚度和材料等有關(guān)，輥徑直接影響粗校的效果。

(3)精校。極板板面經(jīng)過(guò)粗校實(shí)現(xiàn)大面平整后，再通過(guò)精校進(jìn)一步整形，消除或減小變形，使極板平整度、懸垂度等滿足使用要求。理論上，精校工序越多，輥徑越小，校平的效果越好，但在實(shí)際操作中校壓工序、輥徑選取應(yīng)兼顧效率、輥?zhàn)訌?qiáng)度。

3.2 校平方式

(1)不銹鋼陰極從底邊進(jìn)入校平機(jī)，如圖3(a)所示。這種校平方式極板不能整塊進(jìn)入校平機(jī)，當(dāng)導(dǎo)電棒靠近校平輥邊緣時(shí)退出，退出時(shí)需調(diào)節(jié)校平輥的間隙、開(kāi)口大小，并且至少要進(jìn)出往復(fù)兩次。導(dǎo)電棒下方區(qū)域不能通過(guò)校平機(jī)校壓，此區(qū)域的變形不能消除。

圖3 極板校平進(jìn)給方向

(2)不銹鋼陰極從側(cè)邊進(jìn)入校平機(jī)，如圖3(b)所示，這種校平方式極板一端進(jìn)入校平機(jī)，從另一端出來(lái)，為了保護(hù)導(dǎo)電棒以及棒與板焊接區(qū)域不受損，導(dǎo)電棒下方很大一塊區(qū)域的板面不能進(jìn)入校平機(jī)校平，同樣這個(gè)區(qū)域的變形不能消除，而且這個(gè)區(qū)域面積比底部進(jìn)入方式的大。

(3)將板面與導(dǎo)電棒切割分離，板面放入校平機(jī)校平后重新與導(dǎo)電棒焊接，這種方式由于板面可以整塊進(jìn)入校平機(jī)，所以校平效果比前兩種好，但是操作繁瑣，工序復(fù)雜，操作要求高，不利于在生產(chǎn)區(qū)域完成校平工作。另外，板面切割后長(zhǎng)度縮短，極板沉積陰極銅面積縮小，不能多次切割校平。

4 輥式校平后的處理

不銹鋼極板經(jīng)過(guò)多輥校平處理后，大多數(shù)彈性變形基本消除，效果非常明顯，大部分極板滿足使用要求，但仍有少部分極板存在如下問(wèn)題：

(1)導(dǎo)電棒與不銹鋼母板焊接區(qū)域未經(jīng)處理，影響懸垂度。由于導(dǎo)電棒與不銹鋼母板焊接區(qū)域不能進(jìn)入輥式校平機(jī)，該區(qū)域的變形無(wú)法消除，雖然不影響陰極銅沉積面的平整度，但會(huì)嚴(yán)重影響極板的懸垂度，即導(dǎo)電棒與板面(母板)重心不在同一鉛垂面上，兩者重心偏移。這種情況可采用平壓法或反彎矯直法，消除導(dǎo)電棒附近不銹鋼板的變形，使兩者重心盡可能處于同一鉛垂面，提高極板懸垂度。

(2)極板塑性變形問(wèn)題。極板變形超出彈性變形范圍后會(huì)產(chǎn)生塑性變形。彈性變形可以完全恢復(fù)，即彈性變形過(guò)程是一個(gè)可逆的過(guò)程。由于材料本身特性的原因，塑性變形不可逆。校平機(jī)只能改善塑性變形，無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。

(3)邊緣小彎曲變形問(wèn)題。理論上校輥徑越小，極板變形校平的效果越好，但考慮到輥?zhàn)訌?qiáng)度和校平效率，輥徑不能無(wú)限制地小，雖然整個(gè)大面的平面度滿足使用要求，但邊緣仍有“波浪邊”、“荷葉邊”無(wú)法消除，影響絕緣邊條安裝質(zhì)量和使用壽命。

對(duì)于上述(2)、(3)兩種情況，可在極板邊緣小彎曲變形處或塑性變形處局部切開(kāi)一條縫，減少應(yīng)力和塑性變形，再進(jìn)行人工校平、焊接、打磨，進(jìn)一步提高校平效果。

5 結(jié)語(yǔ)

在銅電解過(guò)程中，永久不銹鋼陰極板循環(huán)使用，由于各種原因極板產(chǎn)生變形不能滿足生產(chǎn)要求時(shí)，需要校平處理。對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)中存在的極板變形問(wèn)題，應(yīng)根據(jù)極板變形的特點(diǎn)，先采用輥式校平，再對(duì)特殊的變形和區(qū)域采取相應(yīng)的處理方式，彌補(bǔ)輥式校平的不足。生產(chǎn)實(shí)踐表明，多輥校平等一系列校平工藝技術(shù)可行，不銹鋼陰極板通過(guò)校平處理后，極板平整度、懸垂度能夠滿足銅電解工藝要求。

[1] 黃偉，顧炳生，李小偉.銅電解不銹鋼陰極板修復(fù)[J].冶金設(shè)備，2015(1):123-125.

[2] 潘新權(quán)，趙榮升，吳文明.KIDD工藝陰極板變形原因探究與治理[J].銅業(yè)工程，2011(1):30-32.

[3] 劉耀乙．材料力學(xué)( Ⅱ)[M]． 北京: 北京理工大學(xué)出版社，2004: 42-45.

[4] 江傳瑜.超達(dá)公司銅電解的清潔生產(chǎn)工藝及設(shè)備[J].世界有色金屬，2012(1):35-37.

[5] 張偉旗，蔡龍生.陰極永久剝片機(jī)組常見(jiàn)設(shè)備故障的控制[J].世界有色金屬，2012(1):43-45.

Flatnessofpermanentstainless-steelcathodeplateusedincopperelectrolysis

LIU Bo, LI Hong-cheng

This paper analyzes the reason and effect of deformation of permanent stainless-steel cathode plate used in copper electrolysis process, illustrates its multi-roller flattening method, effect and subsequent special case dealing ways.

copper electrolysis; permanent stainless-steel cathode plate; deformation; roller-type flattening

TF811

B

1672-6103(2017)05-0026-03

劉波(1981—)，男，吉林省吉林市人，工學(xué)碩士，工程師，企業(yè)管理部副經(jīng)理。

2016-11-28